공동-패키지 광학(CPO)보드 전체의 고속 전기 신호를 전면 패널 플러그형 모듈로 라우팅하는 대신 광학 엔진을 스위치 ASIC 또는 프로세서 바로 옆에 배치하는 상호 연결 아키텍처입니다.- AI 데이터 센터의 경우 CPO는 기존 광학 장치가 빠른 속도로 먼저 부딪치는 세 가지 제약 조건, 즉 비트당 전력, 대역폭 밀도 및 전기 신호 무결성을 공격하기 때문에 중요합니다. 이것은 새로운 모듈 폼 팩터가 아닙니다. 이는 전기 및 광학 기능이 스위치 내부에 통합되는 방식에 대한 시스템{5}}수준의 변화입니다.
변화는 더 이상 이론적인 것이 아닙니다. GTC 2025에서 NVIDIA는 패키지에 통합된 실리콘-포토닉스 엔진을 갖춘 Quantum-X 및 Spectrum-X 포토닉 스위치를 시연했습니다.OFC 2025에서 다양한 공급업체가 ASIC 패키지에 내장된 광학 엔진을 선보였습니다.. 대부분의 팀에 대한 질문은 더 이상 CPO가 실제인지 여부가 아니라 CPO가 언제 어디에 적합한지입니다.
공동-패키지 광학이란 무엇입니까?
Co-Packaged Optics는 광학 엔진 -(때때로 포토닉 칩렛-이라고도 함)을 페이스플레이트에서 ASIC에 가까운 스위치 기판으로 이동합니다. 목표는 칩과 신호가 빛으로 변환되는 지점 사이의 전기 경로를 줄이는 것입니다.
기존 플러그형 아키텍처에서 스위치 ASIC은{0}}센티미터 길이의 PCB 트레이스에 걸쳐 고속 전기 신호를 전면 패널에 장착된 트랜시버로 전달합니다. 해당 모델은 성숙하고 유연하며 서비스하기 쉽습니다. 그러나{3}}레인당 요금이 200G 이상으로 올라가면 이러한 전기 경로는 전체 시스템 전력에서 점점 더 많은 부분을 소비하고 깔끔하게 설계하기가 더 어려워집니다.
CPO가 형상을 변경합니다. 신호는 보드 전체에서 15~30cm가 아닌 광학으로 변환되기 전에 전기적으로 불과 몇 밀리미터만 이동합니다. 한 문장으로 표현하면 실제 효과는 광 I/O가 칩에 충분히 가깝게 이동하여 스위치가 훨씬 적은 전기적 부담으로 훨씬 더 많은 대역폭을 제공할 수 있다는 것입니다.
CPO는 Silicon Photonics와 동일합니까?
아니요, 구별이 중요합니다. 실리콘 포토닉스는 광자 집적 회로를 구축하는 데 사용되는 제조 플랫폼입니다. CPO는 시스템 아키텍처입니다.용도실리콘 포토닉스를 하나의 기술로 구현합니다. 예를 들어 NVIDIA의 포토닉 엔진은 TSMC의 COUPE 프로세스를 기반으로 구축되었습니다. 이 프로세스는 포토닉 다이 위에 전자 다이를 쌓습니다. - 실리콘 포토닉스는 빌딩 블록이고 CPO는 스위치에 조립되는 방식입니다.
AI 데이터 센터가 광학 장치를 칩에 더 가깝게 밀어붙이는 이유
AI 클러스터는 GPU, 가속기, 스토리지 및 스위치 간에 집중적인 동{0}}트래픽을 생성합니다. 학습 및 추론 워크로드는 긴 대기 시간과 일관성 요구 사항에 맞춰 엄청난 양의 데이터를 이동하며, 네트워크 로드맵은 전면{2}}패널 광학 장치가 편안하게 제공할 수 있는 수준을 뛰어넘습니다.
세 가지 압력이 변화를 주도하고 서로 복합적으로 작용합니다.
대역폭은 전기 도달 범위보다 빠르게 확장됩니다.네트워크는 400G에서 800G로 이동하고 있습니다.1.6T 광학 모듈은 2025년에서 2026년 사이에 초기 상용 배치에 들어갈 것으로 예상됩니다.. 스위치 ASIC 대역폭은 18~24개월마다 약 두 배로 증가하는 반면 구리의 사용 가능한 전기 도달 범위는 SerDes 속도가 높아질수록 줄어들기 때문에 전면 패널 플러그형 모델은 102.4Tbps 스위치 세대 근처에서 벽에 부딪히게 됩니다.
비트당 전력은 이제 시설 수준의-숫자입니다.이는 실제로 조달 결정을 움직이는 지표입니다. 기존의 800G 플러그형 모듈은 비트당 약 15~20피코줄을 실행합니다. CPO 구현은 약 5pJ/비트를 목표로 하며 그 아래의 신뢰할 수 있는 경로가 있습니다. 독립적인 시연이 이를 뒷받침합니다 -Intel의 광 I/O 칩렛은 약 5pJ/비트를 소비하는 반면 플러그형 모듈의 경우 약 15pJ/비트를 소비합니다.. 대규모 교육 클러스터의 수십만 개의 포트에서 포트당 10~15와트를 절약하면 건물 수준에서 메가와트가 추가됩니다. 단일 고급 랙이 수백 킬로와트를 소비할 것으로 예상되는 경우, 네트워크에 소비되지 않는 모든 와트는 컴퓨팅에 사용할 수 있는 와트입니다.
전면-패널 밀도는 단단한 천장입니다.더 많은 대역폭은 더 많은 포트, 더 많은 케이블 연결, 더 많은 열, 더 많은 공기 흐름을 의미합니다. 페이스플레이트가 너무 많아서 플러그형 케이지가 이를 놓고 경쟁합니다. 변환을 기판으로 이동하면 기하학적 한계가 제거됩니다.
이것이 바로 CPO가 이 세 가지 압력이 가장 먼저 도달하는 대규모 AI, HPC, 클라우드 및 하이퍼스케일 환경({0}})과 가장 관련이 있는 이유입니다. 모든 데이터 센터의 모든 모듈을 교체하도록 설계된 것은 아닙니다.
CPO 아키텍처 개요
CPO를 단일한 것이 아닌 일련의 구성 요소로 보는 것이 도움이 됩니다. 각각은 문제를 새로운 곳으로 옮깁니다.
| 빌딩 블록 | 기능 | CPO에서 이것이 중요한 이유 |
|---|---|---|
| ASIC 전환 | 트래픽을 전환합니다. 고속-I/O 레인 호스팅 | 용량이 증가함에 따라 차선 수와 차선 속도가 모두 증가하여 전기 도달 범위가 제한됩니다. |
| 광학 엔진(포토닉 칩렛) | 전기를 광학으로 변환하고 역으로 변환합니다. | ASIC 기판 위 또는 옆에 위치하여 전기 경로를 밀리미터 단위로 축소합니다. |
| 외부 레이저 소스 | 엔진이 변조하는 빛을 공급합니다. | 신뢰성을 위해 패키지의 가장 뜨거운 부분을 보관하십시오. 오류가 발생하기 쉬운 구성요소를 해결하기 위해 현장에서{0}}교체 가능한 경우가 많습니다.{1}} |
| 파이버-대-칩 결합 | 파이버 어레이와 커넥터를 엔진에 정렬합니다. | -내부에서-광선 라우팅 및 정렬 공차가 최우선적으로 고려되는-설계 설계 문제입니다. |
| 관리 및 모니터링 | 진단, 결함 격리, 열 원격 측정 | 엔진이 교체형이 아닌 통합형이기 때문에 플러그형보다 훨씬 더 중요합니다. |
레이저 전략은 공급업체가 서비스 가능성 문제를 조용히 해결하는 곳이기 때문에 깊이 생각해 볼 가치가 있습니다. 레이저는 광학 링크에서 가장 오류가 발생하기 쉬운 부분이므로{1}}많은 설계에서는 플러그형 외부 레이저를 사용합니다. 예를 들어 NVIDIA의 포토닉 스위치는 교체 가능한 단일 레이저 모듈에서 8개의 1.6Tbps 엔진을 공급하여 단위 대역폭당 필요한 레이저 수를 줄여줍니다. 운영 측면에서 레이저 사망의 주요 지표는 레이저 바이어스 전류가 꾸준히 증가하는 반면 광 출력은 수신 전력에만 의존하기보다는 모니터링 시스템이 감시해야 하는 플랫 - 원격 측정을 유지하는 것입니다.
광학 장치가 ASIC에 더 가까워지면 정확히 어떤 변화가 있습니까?
"CPO가 변경되는 사항"은 대부분의 개요에서 모호하게 남는 부분입니다. 구체적으로 다섯 가지를 동시에 변경하므로 CPO를 평가하는 팀은 각각에 대해 단일 거래가 아닌 개별적으로 추론해야 합니다.
스위치 디자인.광학 장치는 더 이상 운영자가 비축하는 교체 가능한 모듈이 아니며 OEM이 설계하는 보드의 일부가 되기 시작합니다. 긴 PCB 트레이스에 대한 신호를 조정하는 DSP 리타이머를 완전히 제거할 수 있는 경우가 많으며, 이는 대부분의 절전 효과에서 비롯됩니다.
열 관리.이제 광학 엔진은 고전력 ASIC 옆에 위치합니다.- 레이저, 변조기, 특히 링 공진기는 온도-민감한 - 링- 기반 설계이므로 온도에서 광자 IC를 유지하기 위해 일정한 소형-히터 제어가 필요합니다. 스위치 내부의 열 구역은 나중에 고려하는 것이 아니라 설계 문제가 됩니다.
섬유 관리.기판에서 변환이 발생하면 광섬유를 라우팅하고 고정하고 정렬해야 합니다.내부에상자. 커넥터 신뢰성, 굽힘 성능 및 정렬 공차가 "케이블 연결 문제"에서 "시스템 수율 문제"로 이동했습니다.
유지.기술자는 몇 초 안에 전면-패널 트랜시버를 꺼내서 교체할 수 있습니다. 공동-패키지 엔진은 그런 식으로 교체할 수 없습니다. 예비, 수리, 결함 격리 및 운영자가 "폭발 반경"이라고 부르는 것 - 하나의 요소가 실패할 때 감소하는 정도 - 모두 변경됩니다.
조달 및 수명주기.플러그형은 운영자에게 상호 운용 가능한 여러 공급업체, 손쉬운 예비품, 증분 업그레이드 등의 이점을 제공합니다. 보다 통합된 광학 시스템은 해당 분야를 좁히고 광학을 스위치 수명주기에 연결합니다. 이는 광학 성능과는 아무런 관련이 없는 실제 비용입니다.
솔직하게 요약하면 CPO는 단순히 전력을 낮추는 것이 아닙니다. 복잡성-을 전기 경로에서 패키징, 열 설계, 수율 및 현장 작업으로 이동합니다.
CPO, 플러그형 광학 장치, LPO: 어느 것을 선택해야 합니까?
CPO는 일반적으로 기존 플러그형 광학 장치와 LPO(선형 플러그형 광학 장치)라는 두 가지 대안을 기준으로 평가됩니다. 서로 관련되어 있지만 서로 다른 문제를 해결하며, 많은 팀에서 현실적인 단기 선택은 플러그형과 LPO 중에서 선택하는 것이며 CPO는 다음 플랫폼 세대를 위해 추적됩니다.
| 건축학 | 광학 장치가 있는 곳 | 주요 이점 | 주요한계 | 최적의 핏 |
|---|---|---|---|---|
| 플러그형 광학 장치 | 전면-패널 모듈 케이지 | 성숙한, 다중-공급업체, 핫{1}}스왑 가능, 표준{2}}기반 | 비트당 더 높은 전력(800G에서 ~15~20pJ/비트) 및 고속에서 전기-도달 한계 | 광범위한 데이터 센터, 기업 및 통신 배포 |
| LPO | 전면-패널 플러그형 폼 팩터, 단순화된 신호 경로 | 온보드 DSP를 제거합니다. 일반적으로 DSP- 기반 플러그형보다 전력이 30~50% 낮고 플러그형 운영 모델을 유지합니다. | 더 엄격한 시스템-레벨 신호-무결성 제어가 필요합니다. 더 짧은 도달범위 | 짧은- 도달 범위, 강력한-민감한 AI 링크 |
| CPO | 스위치 ASIC 기판의 광학 엔진 | 가장 높은 대역폭 밀도와 가장 낮은 비트당 전력(~5pJ/비트 목표) 전면-패널 밀도 상한선 제거 | 더욱 강화된 서비스 가능성, 패키징, 열 설계 및 생태계 성숙도 | 대규모-AI/HPC 스위칭, 특히 패브릭 확장- |
실용적인 의사결정 프레임워크:
- 플러그형 광학 장치 선택운영상의 유연성,-여러 공급업체의 스페어링 및 빠른 필드 교체가 가장 중요한 경우에는 -여전히 대부분의 네트워크가 그렇습니다.
- LPO를 고려해보세요짧은 도달 거리에서 더 낮은 전력과 대기 시간이 필요하지만 친숙한 플러그형 모델을 유지하려는 경우. LPO는 위험도가 낮은-교량이며 OFC 2025에서 저명한 옹호자들이 있습니다.- Arista 공동 창립자 Andy Bechtolsheim은 -계속해서더 나은 단기적 대안으로 LPO를 주장하세요.-.
- CPO 추적대역폭 밀도, 비트당 전력 및 -800G를 초과하는 장기 확장이 모듈-수준 서비스 가능성-보다 중요한 경우, 특히 AI 클러스터 내의 패브릭 확장-의 경우 더욱 그렇습니다.
가장 도움이 되는 프레이밍: CPO는 모듈 구매 결정이 아니라 스위치-시스템 아키텍처 결정입니다. 그렇게 처리하면 대부분의 혼란이 사라집니다.
AI 네트워크를 위한 공동 패키지 광학의 이점-
주요 이점은 규모에 따른 전력 효율성입니다. Broadcom은 밀리미터당 1Tbps 정도의 대역폭 밀도와 함께 CPO 플랫폼을 통해 비트당 약 30%의 전력 절감과 40%의 광학 비용 절감을 주장합니다. 플러그형의 경우-비트 간격당 에너지-약 15pJ/비트와 CPO의 경우 5pJ/비트 목표-는 대규모 클러스터 전반에 걸쳐 시설 수준의 메가와트에 해당합니다.
대역폭 밀도는 두 번째 이점이며 점진적이기보다는 구조적입니다. 전면판을 탈출함으로써 CPO는 스위치 용량이 약 102.4Tbps를 넘으면 플러그형 설계를 제한하는 전면 패널 천장을 제거합니다.{1}} 대기 시간은 신호 경로가 단순화되는 경우에도 향상될 수 있습니다. 단, 대기 시간은 항상 광학 엔진뿐만 아니라 전체 시스템 수준에서 판단해야 합니다.
신뢰성 데이터도 도착하기 시작했는데, 이는 오랫동안 "유망" 상태에 머물렀던 기술에 중요합니다. 2025년 10월, Broadcom은 Meta가 고온 실험실 특성화 -에서 단일 링크 플랩 없이 백만 링크-시간 동안 CPO 솔루션을 테스트했다고 보고했습니다. 이는 운영자가 프로덕션에서 서비스할 수 없는 광학 장치를 신뢰하기 전에 필요한 증거입니다-.
CPO 과제 및 배포 장벽
이러한 과제는 현실적이며 대부분 시각적인 것이 아닙니다. 이는 포장, 열, 운영 및 생태계 문제입니다.
열 관리가장 어렵습니다. 엔진은 뜨거운 ASIC 옆에 위치하며 특히 링 공진기는 -파장-을 유지하기 위해 활성 가열이 필요하므로 설계에서는 엔진이 생성하고 이에 의존하는 열을 관리해야 합니다. 온도 드리프트는 장기적인-장기적 신뢰성을 직접적으로 위협합니다.
포장 및 수율다음에 오세요. 전자-다이와 포토닉 다이를 함께 통합하려면 고급 패키징, 긴밀한 정렬 및 아직 성숙 중인 테스트 방법이 필요합니다. 원시 광학 성능이 아닌 수율 및 제조 가능성이 종종 게이트 볼륨 생산입니다.
서비스 가능성 및 폭발 반경운영 모델을 변경합니다. 플러그형 레이저 소스는 최악의 경우를 완화하지만 작업자는 여전히 간단한 "풀 앤 교체" 작업 흐름과 상호 교환 가능한 여러 공급업체의 편안함을 상실합니다.
생태계 준비그것을 하나로 묶습니다. CPO는 스위치-실리콘 공급업체, 광-엔진 공급업체, 레이저 제조업체, 광섬유{3}}연결 제공업체, 패키징 파트너 및 클라우드 운영자 간의 조정에 따라 달라지며, 다음과 같은 기관의 사양에 맞춰 조정됩니다.OIF(광인터넷워킹 포럼)그리고 IEEE. 그 조정이 형성되고 있지만 아직 끝나지 않았습니다.
시장 컨센서스는 이를 반영한다. 분석가들조차도 이 기술에 대해 낙관적입니다. -SemiAnalytic은 단기적으로 하이퍼스케일러 간의 수평 확장 CPO에 대한 빠른 채택 곡선이 없을 것으로 예상합니다.{0}}, 동일한 운영자가 공급업체에 확장을 약속하더라도- CPO는 이점이 복잡성을 명확하게 정당화하는 곳(대규모 AI 공장, 하이퍼스케일 패브릭 및 HPC 클러스터)에서 먼저 성장합니다.
AI 데이터 센터는 언제 공동-패키지 광학을 고려해야 합니까?
로드맵에 매우 높은-기수 스위치, 800G 또는 1.6T 링크, 대형 GPU 클러스터 또는 엄격한-비트당-전력 목표-가 포함되어 있는 경우, 특히 현재 설계가 이미 전력, 냉각, 신호 무결성 또는 전면판 밀도로 인해 제한을 받고 있는 경우 CPO에 세심한 주의를 기울이세요. 플러그형 아키텍처를 확장하는 데 드는 비용과 어려움이 계속 증가하면 CPO의 절충안은-유리해 보이기 시작합니다.
운영 유연성, 빠른 교체, 광범위한 공급업체 선택 및 증분 업그레이드가 우선순위인 경우 CPO는 즉각적인 조치가 적절하지 않을 수 있습니다. 대부분의 기업 및 범용 데이터 센터에는 -성숙한 플러그형 광학 장치가 오늘날 더 적합하며 LPO는 단거리-전력에 민감한 링크를 위한 저전력 옵션인 LPO와 함께 사용됩니다.
CPO가 플러그형 광학 장치를 대체하게 될까요?
가까운 시일 내에 아닙니다. 플러그형 트랜시버는 성숙한 공급망, 광범위한 표준 지원, 다중-공급업체 상호 운용성 및 입증된 운영 모델을 갖추고 있으며 대부분의 데이터 센터, 기업, 통신 및 클라우드 애플리케이션에 계속 서비스를 제공합니다.배포-준비가 완료된 CPO 제품은 2025년에야 출시되었습니다., 차세대 스위치 플랫폼에서 2026년에 첫 번째 하이퍼스케일 수평 확장 배포가-예상됩니다.
더 명확한 그림은 계층화된 생태계입니다. 플러그형 광학 장치는 주류로 유지됩니다. LPO는 플러그형 모델을 유지하는 저전력 브리지 역할을 합니다. 그리고 CPO는 대역폭, 전력 및 밀도가 전면 패널 광학 장치가 수행할 수 있는 기능을 넘어서는 중심이 되며, - AI 패브릭 확장에서 가장 결정적으로 수행할 수 있으며, CPO는 향후 10년 후반에 대역폭 성장의 주요 동인이 될 것입니다. 미래는 하나의 아키텍처가 승리하는 것이 아닙니다. 각각은 서로 다른 성능, 비용 및 운영 요구 사항에 맞춰져 있습니다.
FAQ
Q: CPO는 무엇을 의미하나요?
A: CPO는 전면 패널이 아닌 스위치 ASIC 또는 프로세서 패키지에 광학 엔진을 가까이 배치하는 아키텍처인 Co{0}}Packaged Optics의 약자입니다.
Q: CPO는 실리콘 포토닉스와 동일한가요?
A: 아니요. Silicon Photonics는 광자 집적 회로를 구축하기 위한 제조 플랫폼입니다. CPO는 실리콘 포토닉스를 구현 기술로 사용할 수 있는 시스템 아키텍처입니다.
Q: CPO와 LPO의 차이점은 무엇입니까?
답변: LPO는 플러그형 모듈 형식을 유지하지만 온보드 DSP를 제거하여 전력과 지연 시간을 줄여 일반적으로 DSP- 기반 플러그형에 비해 30~50%를 절약합니다. CPO는 광학 엔진을 ASIC 기판으로 옮기고 시스템 아키텍처를 보다 근본적으로 변경합니다.
Q: CPO가 실제로 전력 소비를 줄입니까?
답변: 긴 전기 트레이스와 DSP 리타이머를 제거하여 플러그형의 경우 약 15pJ/비트에서 5pJ/비트 목표로 - 비트당 에너지를 크게 줄입니다-. 주의할 점: CPO는 비트당 효율적이지만 열 제어를 포함하여 레이저와 링 공진기가 여전히 전력을 소비하므로 본질적으로 저전력 구성요소는 아닙니다.
Q: 실리콘 포토닉스는 CPO에서 어떤 역할을 합니까?
A: Silicon Photonics는 대부분의 CPO 설계의 핵심인 통합 광학 엔진을 제공합니다. TSMC의 COUPE 프로세스 -에서와 같이 포토닉 다이 -에 전자 다이를 적층하면 광학 엔진이 스위치 기판에 위치할 수 있습니다.
Q: CPO 채택의 주요 장애물은 무엇입니까?
A: 핫 ASIC 옆의 열 관리, 패키징 및 수율 복잡성, 현장 서비스 가능성 감소, 폭발 반경 확대, 생태계 및 표준 성숙도. 이들 중 어느 것도 주로 광학 성능에 관한 것이 아닙니다.
Q: CPO는 아직 상용화되어 있나요?
답변: 배포{0}}준비가 완료된 제품은 Broadcom의 Meta에 대한 1{2}}백만-링크-시간 테스트와 같은 안정성 이정표를 통해 2025년에 출시되었습니다. 첫 번째 하이퍼스케일 수평 확장 배포는 2026년에 예상되지만 광범위한 채택은 점진적이고 고르지 않을 것입니다.
Q: 이제 기업 데이터 센터에서 CPO에 관심을 가져야 합니까?
A: 대부분의 기업에서는 즉시 구매할 수 없습니다. 로드맵 입력으로 이해할 가치가 있지만, 대역폭, 전력 또는 밀도가 실제로 변경을 강제할 때까지는 플러그형 광학 장치 - 및 전력에 민감한 단거리 -에 대한 LPO가 더 적합합니다.
결론
공동{0}}패키지 광학은 고속 데이터 센터 네트워킹에서 가장 중요한 아키텍처 변화 중 하나입니다.- 광 변환을 스위치 기판으로 이동하여 비트당 에너지를 5pJ/비트로 줄이고 대역폭 밀도를 전면-패널 상한선 이상으로 높이고 AI 및 HPC 네트워크에 800G 및 1.6T 이상으로 확장할 수 있는 경로를 제공합니다. 증거는 슬라이드웨어에서 제품 출시 및 실제 신뢰성 데이터로 이동했습니다.
하지만 CPO는 -플러그형 광학 장치를 대체할 수 있는 것이 아닙니다. 이는 전기{2}}포장, 열, 섬유 관리 및 운영 문제-에 대한 도달 문제를 교환하고 - 조달 활용 운영자가 익숙한 조달 범위를 좁힙니다. 대부분의 팀의 올바른 자세는 계층적입니다. 성숙한 플러그형 광학 장치를 적절한 위치에 유지하고, 저전력 단거리 도달을 위해 LPO를 사용하고, 차세대-고밀도-밀도 AI 및 HPC 패브릭, 특히 확장을 위한 CPO를 추적-합니다. 핵심적인 사고 변화는 간단합니다. CPO는 모듈 구매 결정이 아니라 스위치-시스템 아키텍처 결정-이며 이를 바탕으로 이미 심각한 AI 네트워크 로드맵 대화에 속해 있습니다.
